SMA熔融接枝十八醇大分子表面改性剂的合成及其对聚乙烯的改性作用研究

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1、SMA熔融接枝十八醇大分子表面改性剂的合成及其对聚乙烯的改性作用研究硕士研究生：侯滨导师：许家瑞教授摘要聚乙烯凭借其优良的机械性能和低廉的价格而得到广泛使用，但是由于较低的表面能和惰性的化学结构而难与极性介质相润湿，其着色性、生物相容性及制品表面的涂饰性能差，与各种涂饰剂如颜料、涂料和油墨等的粘结强度很低，限制了其在印刷、涂覆、秸结等领域的拓展。聚乙烯的表面改性已经成为其功能化应用拓展的重要研究方向之一。聚乙烯制品的表面改性方法主要包括化学处理法、电晕处理法、火焰及热处理法、等离子体技术、表面接枝及共混改性法等。相对而言，采用添加表面改性剂的方法在工艺及应用上最为经济、简便，容易实现工业化，并

2、且可以在保持聚乙烯本身强度、韧性、耐溶剂酸碱腐蚀等优异性能的同时，赋予其优良的表面亲水性能。但目前主要使用的小分子表面改性剂由于分子量小，与基体的结合较差，改性剂组分迁移到制品表面后易因挥发、溶解、洗涤或摩擦等原因而脱离基体的表面，从而令改性效果不稳定，改性寿命短，应用效果仍很不理想。与之相比较，大分子表面改性剂具有改性效果稳定、寿命长等优点。本论文围绕着使得表面改性效果显著且改性效果持久的目标，开展新型的添加型大分子表面改性剂的合成和性能的研究。苯乙烯一马来酸酐共聚物(sMA)是一种性能优良而价格较低廉的双亲性大分子表面活性剂，具有优异的染色性、耐热性、加工性能和强的化学反应活性。将SMA通

3、过熔融接枝进行酯化反应，在SMA亲水性主链上接枝一定长度的疏水性长链烷基，以增强其在表面的定向排列能力，从而合成了一类梳状大分子表面改性剂。此类改性剂的疏基体部分可以聚集自成微区与聚乙烯有一定的离析性；而亲基体部分的长链烷基与聚乙烯的分子结构相似，与非极性的聚乙烯有一定的相容性。这种两亲性的梳型结构有利于增强其在界面的定向排列能力，在有效改善聚乙烯表面亲水性能的同时，又能较牢固地与基体结合，提高改性剂的改性持久性。在前期工作的基础上，本文进一步拓展了对SMA进行熔融接枝反应的新方法，合成了一系列不同接枝率的SMA接枝十八醇酯化物。论文结合接触角测定情况，通过对比不同合成路线下改性剂的改性效果，

4、研究发现采用熔融接枝合成SMA酯化物改性剂，可以大大提高改性剂产量，缩短反应时闻，简化后处理工序，降低生产成本，且熔融法改性剂的改性效果相比于溶液法合成路线所得材料表面具有更低的接触角，从而显示出更好的表面改性效果。同时通过热重分析和GPC分子量测定研究了反应时间对接枝率和生成产物分子量的影响，可以通过调控产物的分子量和接枝率来研究其表面改性的影响因素。论文采用ATR—FTIR表征了共混体系中的改性剂含量，并将之与接触角测定相结合，考察了不同接枝率下改性剂的改性效果。研究结果显示，接枝率的多少对改性剂的改性效果具有重要的影响。接枝率较高则接触角较高，接枝率较低则接触角较低。同时，不同接枝率的改

5、性剂还对材料表面结晶度产生较大的影响。高接枝率对应了较高的表面结晶度，低接枝率对应了较低的表面结晶度。此外，通过变角ATR—FTIR测定材料表面不同深度下改性剂的浓度，发现改性剂在材料表面～定深度下的分布情况并非呈线性关系，而是在表面存在突变，证实了改性剂会在材料表面产生富集。论文通过接触角测定和变角ATR—FTIR测定，跟踪了SMA酯化物／聚乙烯共混体系薄膜在不同介质环境下表面改性剂浓度随时间的变化情况，研究了改性剂在共混体系中的迁移交化规律。实验结果表明，共混体系在干燥空气介质中放置后表面接触角出现一定幅度升高，在丙酮抽提12小时后则出现较大下降。根据接触角变化规律，论文提出了改性剂的改性

6、作用变化包括两个部分，即首先是改性剂中极性官能团的翻转重构，即极性官能团在极性介质的诱导下向外取向；随后lI是改性剂分子的整体迁移。论文还首次通过原子力显微镜研究了添加改性剂的聚乙烯薄膜表面形貌随时间的变化，发现添加改性剂后出现在薄膜表面的花蕾状颗粒结构对于材料的表面亲水性变化起到了重要的作用。通过熔融接枝可以实现改性剂的大批量生产，从而实现对材料整体性能的测试。论文中研究了注塑工艺下改性剂的改性效果以及改性剂的加入对材料力学性能的影响。结果表明注塑工艺下改性剂的改性效果优于压模工艺，且改性剂的加入可以对材料起到增强作用，提高聚乙烯制品的拉伸强度。在少量添加情况下，可以提高制品的弯曲强度和弯蓝

7、弹性模量，添加量增高，则弯蛆性能逐渐下降。制品的冲击强度随改性剂含量的增加呈下降趋势。DSC测定显示，改性剂的加入，使得材料的熔融温度有一定程度下降，对结晶温度则基本无影响。此外，改性剂的加入可以减小DSC曲线熔融峰和结晶峰的半峰宽，提高晶粒尺寸均匀度。关键词：大分子表面改性剂聚乙烯苯乙烯一马来酸酐共聚物(SMA)熔融接枝衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ATR．FTIR)IIISynthesisof